位運(yùn)算符與位運(yùn)算

一洲胖、概述

程序中的所有數(shù)在計(jì)算機(jī)內(nèi)存中都是以二進(jìn)制的形式儲(chǔ)存的休傍。除了常見(jiàn)的算術(shù)運(yùn)算符+ - * / %搭儒,還有位運(yùn)算& | ^ ~ >> <<沪悲,就是直接對(duì)整數(shù)在內(nèi)存中的二進(jìn)制位進(jìn)行操作获洲。接下來(lái)以C語(yǔ)言為例介紹,其它語(yǔ)言大同小異殿如。

二贡珊、按位與(&)

又叫 and 運(yùn)算,用符號(hào) & 表示涉馁,計(jì)算方式如下:

1 & 1 = 1 , 0 & 1 = 0 , 0 & 0 = 0

布爾類(lèi)型中门岔,1 表示真,0 表示假烤送,所以可以用高中數(shù)學(xué)那句話來(lái)記:同真為真寒随,一假為假

舉個(gè)例子:3 & 5 = 1 ,運(yùn)算過(guò)程如下:

   0 1 1   ---> 3
 & 1 0 1   ---> 5
  --------
   0 0 1   ---> 1

三妻往、按位或 (|)

又叫 or 運(yùn)算互艾,用符號(hào) | 表示,運(yùn)算方式:

1 | 1 = 1 , 1 | 0 = 1 , 0 | 0 = 0

記為:一真為真讯泣,同假為假

舉例:3 | 5 = 7 , 運(yùn)算過(guò)程:

   0 1 1   ---> 3
 | 1 0 1   ---> 5
 --------
   1 1 1   ---> 7

四纫普、按位異或(^)

又叫 xor 運(yùn)算,用符號(hào) ^ 表示好渠,注意這里不是數(shù)學(xué)表達(dá)里面的次方的意思局嘁,運(yùn)算方式:

1 ^ 1 = 0 , 1 ^ 0 = 1 , 0 ^ 0 = 0

這種運(yùn)算也較為特殊,記為:同為假晦墙,異為真
舉例:3 ^ 5 = 6 , 運(yùn)算過(guò)程:

   0 1 1    ---> 3
 ^ 1 0 1    ---> 5
 ---------
   1 1 0    ---> 6

簡(jiǎn)單應(yīng)用

1悦昵、交換變量值

異或運(yùn)算有如下特性:

a ^ b ^a = b , a ^ b ^ b =a

因此可以用于程序中的變量值交換,C語(yǔ)言中晌畅,我們可能經(jīng)常這樣交換變量值:

#include <stdio.h>
int main()
{
    int a = 3, b = 5;
    int temp; /*定義一個(gè)臨時(shí)變量用于交換方便*/
    temp = a;
    a = b;
    b = temp;
    printf("a = %d, b = %d", a, b); /*輸出結(jié)果為:a = 5, b = 3 實(shí)現(xiàn)了變量值的交換*/
}

但是以后我們可以這樣實(shí)現(xiàn):

#include <stdio.h>
int main()
{
    int a = 3, b = 5;
    a ^= b; /*等同于:a = a ^ b 之后會(huì)講*/
    b = a ^ b; /*這時(shí) a ^ b 等于 原來(lái) a 的值*/
    a ^= b; /*a = a ^ b*/
    printf("a = %d, b = %d", a, b);
}

a, b 為負(fù)數(shù)時(shí)同樣適用但指,但位運(yùn)算只適用于整型,浮點(diǎn)數(shù)不可用

2抗楔、簡(jiǎn)單加密

例如棋凳,你想傳輸一條信息給Ta,信息為:5201314 连躏,密碼為:1998 剩岳,使用如下代碼加密:

5201314 ^ 1998

結(jié)果為 5200492,想要查看原信息入热,使用密碼查看:

5200492 ^ 1998

這樣就生成了原數(shù)字:5201314.

五拍棕、按位取反(~)

又叫 not 運(yùn)算,即將二進(jìn)制位中 01 全部取反勺良,運(yùn)算方式為:

~ 1 = 0 , ~ 0 = 1

記為:0 變 1绰播,1 變 0

舉例:~5 = -6, 運(yùn)算過(guò)程:

 ~ 00000000 00000000 00000000 00000101   ---> 5
 ---------------------------------------
   11111111 11111111 11111111 11111010   ---> -6

注意變量如果定義是無(wú)符號(hào)短整型 unsigned short~5 將不再是 -6 尚困,而是 65530蠢箩。
還有一個(gè)規(guī)律是正整數(shù)取反后結(jié)果是原數(shù)加一后取相反數(shù),負(fù)數(shù)一樣事甜。
還要注意不要和邏輯運(yùn)算符 ! 搞混谬泌,! 1 = 0 , ! 1234 = 0 , ! 0 = 1,即只有 真(1)假(0) 兩種逻谦。

六掌实、移位運(yùn)算

顧名思義,移位即將數(shù)據(jù)的二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行向左或向右平移一定的位數(shù)跨跨,然后得到新的數(shù)據(jù)潮峦,移位分為左移位和右移位囱皿。

1、左移位(<<)

將數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制忱嘹,所有位向左平移嘱腥,高位(左端)舍棄,低位(右端)空位補(bǔ) 0拘悦,格式為:

需要移位的數(shù)據(jù) << 需要移動(dòng)的位數(shù)

舉例:5 << 2 =20 齿兔,運(yùn)算過(guò)程:

  00000000 00000000 00000000 00000101   ---> 5
 -------------------------------------
  00000000 00000000 00000000 00010100   ---> 20

右移位的數(shù)學(xué)意義是,原數(shù)左移 n 位础米,相當(dāng)于原數(shù)乘以 2 的 n 次方

2分苇、右移位

將數(shù)據(jù)的二進(jìn)制所有位向右移位,低位舍棄屁桑,高位補(bǔ) 0(負(fù)數(shù)補(bǔ) 1)医寿,格式:

需要移位的數(shù)據(jù) >> 需要移動(dòng)的位數(shù)

舉例:5 >> 2 = 1,運(yùn)算過(guò)程:

  00000000 00000000 00000000 00000101   ---> 5
 -------------------------------------
  00000000 00000000 00000000 00000001   --->  1

負(fù)數(shù)情況:-6 >> 2 = -2蘑斧,運(yùn)算過(guò)程:

  11111111 11111111 11111111 11111010    ---> -6
 -------------------------------------
  11111111 11111111 11111111 11111110    ---> -2

右移位的數(shù)學(xué)意義是靖秩,相當(dāng)于原數(shù)除以 2 的 n 次方

七、復(fù)合賦值符

算術(shù)運(yùn)算中有復(fù)合賦值符:+= -+ *= /= %=竖瘾,位運(yùn)算也有對(duì)應(yīng)的復(fù)合賦值:&= |= ^= >>= <<=(注意沒(méi)有 ~= )沟突,運(yùn)算一樣:

a &= b 等價(jià)于 a = a & b

以此類(lèi)推

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